Le memorie 3D XPoint

Queste nuove memorie che combinano la velocità delle DRAM con la non volatilità delle Flash NAND, sono state sviluppate per anni in grande segreto congiuntamente da Intel e Micron e si avviano alla terza generazione.

Le soluzioni tecnologiche rivoluzionarie o da ritenersi tali in prospettiva dell’impatto che potranno avere su un dato contesto o su un insieme di ambiti applicativi, non nascono certo scollegate dalla realtà di un preciso momento storico. Attualmente l’esplosione di dispositiv interconnessi e di servizi digitali variamente dedicati all’industria e al mondo consumer stanno generando un’enorme quantità di dati, i cosiddetti Big Data. Affinchè questi dati possano effettivamente rivelarsi utili, devono essere immagazzinati e analizzati in tempi estremamente rapidi, e a nuova tecnologie di memorie 3D XPoint rappresenta, negli intenti di chi l’ha concepita, una nuova classe di memorie non volatili che ha come obiettivo proprio quello di supportare la trasformazione di grandi quantità di dati in informazioni utili, e questo in tempo reale. Le memorie 3D XPoint su tecnologia phase-change sono il risultato di uno sviluppo congiunto di Intel e Micron che inizia circa nel 2012, ed è del 2015 l’annuncio della disponibilità di una tecnologia rivoluzionaria di memorie con una velocità di accesso mille volte superiore a quella delle Flash NAND e pari a un decimo di quella delle DRAM, una write edurance (numero di cicli program/erase prima che la memoria diventi inaffidabile) mille volte superiore delel attuali Flash, e una densità di storage dieci volte quella delle memorie convenzionali.  Ancora, nelle 3D XPoint si può eseguire un write data a livello bit, il che è un vantaggio rispetto alle Flash NAND, e il consumo energetico è nettamente più basso. Si ricorda che le DRAM, Dynamic Random Access Memory, sono memorie volatili, che cioè perdono il loro contenuto al cessare dell’alimentazione, in cui, fisicamente, ogni bit è memorizzato in un condensatore miniaturizzato che può essere caricato o scaricato, da cui bit 1 o bit 0. Ma i condensatori tendono a scaricarsi col tempo per cui è necessaria una circuiteria esterna di memory refresh che riscrive periodicamente i dati, e questo refresh qualifica le memorie come “dinamiche”, al contrario delle SRAM, Static Random Access Memory, anch’esse volatili ma cui non serve questa operazione, più veloci e più costose, in genere usate come memroia cache, mentre con le DRAM, low-cost e high capacity, si realizza la main memory di un sistema, quella che viene usulmente denominata memoria RAM. Le memorie Flash, sviluppate per la prima volta da Toshiba negli anni ’80, sono invece non volatili, elettricamente cancellabili e programmabili, e ogni cella di memoria è rappresentata da un Floating Gate MOSFET, di struttura simile a quella di un normale transistor a effetto di campo (MOSFET, metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) con l’aggiunta di un ulteriore terminale di gate (Floating Gate) tra il substrato e il Control Gate; questa struttura è di fatto un condensatore in grado di mantenere nel tempo una carica elettrica. Le Flash si basano su due tipologie a seconda della logica di scrittura e lettura, NAND a  blocchi, NOR a byte: le prime, tradizionalmente per file storage, hanno alta capacità di storage, migliore costo per bit delle NOR e ottima velocità di scrittura, mentre le seconde, tipicamente per code execution, hanno bassa capacità di storage ma migliore velocità di scrittura. Tornando alle memorie  3D  XPoint, la denominazione 3D deriva dal fatto che le celle che contengono i bit sono posizionate in una matrice tridimensionale, e XPoint sta appunto per “cross-point”, con due strati sovrapposti collegati da conduttori a livello micro perpendicolari. Questa architettura, unita al fatto che non si usano transistor per accedere alle singole celle, garantisce un accesso molto veloce alle informazioni. Se poi si tiene conto delle caratteristiche precedentemente elencate, si evidenzia un preciso obittivo: far perdere significato alla distinzione tra DRAM e storage.

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